如何使用xSignals来定义高速信号的路径

在高速设计中，基于时序的考虑通常要对信号做线长匹配。对于只有2个管脚的信号路径，计算和匹配线长这一过程非常直接、清晰。但对于大部分高速设计来讲，情况会更为复杂，这些情况包含但不仅限于：

1.信号路径中需要使用端接电阻（termination resistor），这时需要调制的线长是包括端接电阻在内的不同网络。

2.Data总线常用的的T点拓扑结构。如下图，实际需要调等长的是同一网络的不同分支：2-3 = 2-4 = 2-5 = 2-6。

3.DDR3/DDR4中地址总线、控制总线用到的菊花链（Fly-By）拓扑结构，需要对同一网络的不同branch进行线长匹配：

在引入xSignal之前，AD的线长规则（Net Length）及匹配线长规则（Matched Net Length）只能针对同一网络，无法对同一网络中某一段路径进行调制，也无法对端接电阻进行处理。虽然一直存在“From-To”对象，但一直存在Bug，“From-To”对象针对规则无效。..。.工程师无奈只能使用Excel计算出每段的长度，然后慢慢调整，效率很低。

AD15之后，xSignal的出现不仅可以解决Branch线长调制的问题，也可以解决含端接电阻的信号路径调制问题。简单来说，xSignal可以定义两个节点之间的信号路径，无论这两个节点是同一网络还是不同网络。

创建一个新的xSignal

创建xSignal主要有以下几种方式：

使用向导（Run xSignal Wizard）

选中源器件，并点击“Create xSignals between components”来定义两个器件间的xSignal

选中源器件，并点击“Create xSignals from connected nets”，通过源器件及与源器件连接的网络来定义xSignal

直接点击“Create xSignals”使用对话框手动创建Xsignal。

向导的使用有点复杂，今后有空再讲，这里主要讲一下其它两种方式。

使用“Create xSignals between components”对话框

点击菜单Design » xSignals » Create xSignals，对话框中左侧为源器件，右侧为目标器件；目标器件可以多选。

过以下步骤创建xSignal：

选择源器件（source component）

选择目标器件（destination component）

选择感兴趣的网络

点击“Analyze”，AD会自动分析两器件之间感兴趣网络的所有路径。请仔细检查Source和Destination中的结果是否正确（尤其是存在端接电阻的情况）

在Include created xSignals into class栏中输入创建的xSignal Class的名称，默认会归类到All xSignals类中。

点击OK完成创建。完成后可以在PCB面板中看到所有已创建的xSignal。

使用“CreatexSignals from connected nets”对话框

如果您的xSignal包含端接电阻，使用这个方式创建xSignal更为直接。选中端接电阻后点击“CreatexSignals from connected nets”：

上图为选中4个pin角的排阻RN33，右侧Source Component Nets中为排阻连接的所有网络。点击“Analyze”后，系统为自动分析出可能的xSignal。注意，请仔细检查Source和Destinatiion中的网络是否正确，如果不正确，可以进行手动调整。确认后完成xSignal的创建。

网络拓扑（Net Topology）的作用

xSignal定义的是两个节点（或焊盘）之间的信号路径。AD是根据两个节点间的连接线（connection line）来分析信号路径的，而连接线的定义方式是通过Routing Topology规则来决定的，默认Routing Topology的规则为shortest，即最短。

下图为Fly-by拓扑结构下CPU连接到4个Memory的动画，可以清楚地看到4个xSignal的定义情况：

T点拓扑结构（Balance T）中支点的定义

T点拓扑结构不仅需要对主干做等长，还需要对支干做等长。

上图中的红色点即为支点（Branch point），需要保证每个支点到DRAM1，2，3，4都是等长的。

问题来了，AD中的xSignal必须使用实体的器件Pin脚创建，不支持独立的焊盘或过孔（Free Pad/Via）。在Mentor和Cadence中，可以将某个Pad或Via定义为“虚拟T点”，从而进行分支的线长调制，但在AD中，目前还无法支持这一方式。一个变通的方法是为独立的Pad/Via制作一个单独的器件（原理图符号+封装），然后将这一器件放在T点处。虽然有些麻烦，但毕竟解决了AD之前无法对分支网络进行线长规则定义且无法进行线长调制的尴尬。

Length & Matched Net Length规则

xSignal创建完成后，接下去的使用方法和网络（Net）完全一样了。记住，xSignal Class对应的是Net Class; xSignal对应的是Net。区别在与xSignal定义的pin到pin之间的路径，而Net是所有属性相同的网络。

下图是PCB面板中查看xSignal的示意图以及定义Matched Net Length规则的一个截图：

具体规则的创建在以后的章节中详细介绍。

总结一下，xSignal是一个非常重要的功能，基本解决了Altium Designer之前无法在高速设计中准确调制信号线长的问题。结合如何准确测量信号长度一文中提到的对线长计算精度的提高，大大减少了工程师在高速设计中Layout的时间，且提高了设计的准确性。